DE69911339T2

DE69911339T2 - Vorverzerrer

Info

Publication number: DE69911339T2
Application number: DE69911339T
Authority: DE
Inventors: Masaki Minato-ku Ichihara
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1998-08-24
Filing date: 1999-08-13
Publication date: 2004-07-01
Anticipated expiration: 2019-08-14
Also published as: KR20000017447A; JP2000069098A; KR100325051B1; EP0982849B1; US6587513B1; EP0982849A1; JP3570898B2; DE69911339D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Vorverzerrer, und insbesondere den Vorverzerrer mit einem Regelverstärkerschaltkreis zur Leistungsregelung.
Beschreibung des Standes der Technik
Ein Vorverzerrer wird herkömmlicherweise zum vorläufigen Kompensieren einer in einem Sendeleistungsverstärker einer Funkübertragungsvorrichtung im Basisband verursachten Verzerrung verwendet, wobei eine Störstrahlung aufgrund einer Nichtlinearität des Sendeleistungsverstärkers verringert wird. Falls ein Vorverzerrer in der Funkübertragungsvorrichtung verwendet wird, kann ein Sendeleistungsverstärker in einem nichtlinearen Bereich arbeiten, und folglich kann der Energieverbrauch der Funkübertragungsvorrichtung während der Übertragung verringert werden. Ist die Funkübertragungsvorrichtung ein tragbares Telefon, das mit einer Batterie als Energiequelle arbeitet, so kann in diesem Fall eine Gesprächszeit verlängert werden.
Vorverzerrer gemäß obiger Beschreibung wurden bereits in der Vergangenheit aktiv entwickelt. Theorie und Aufbau eines Vorverzerrers werden ausführlich in "Quantization Analysis and Design of a Digital Predistortion Linearizer for RF Power Amplifier", Sundstrom L., Faulkner M., Johansen M.; Vehicular Technology, IEEE Trans. vol. 45 4, Seiten 707–719, beschrieben.
Im Folgenden wird ein herkömmlicher Vorverzerrer mit Bezug auf den oben genannten Artikel beschrieben.
In der herkömmlichen Mobil-Telekommunikation wird bisher ein konstantes Oberwellen-Modulationssystem, wie beispielsweise das FM-System und das GMSK-System, angewendet, in denen eine Amplitude eines modulierten Signals konstant ist und Informationen über eine Phasenänderung des modulierten Signals übertragen werden. Der Grund für die Anwendung liegt darin, dass die konstante Amplitude die Verwendung eines nichtlinearen Verstärkers der Klasse C oder F ermöglicht, der als Sendeleistungsverstärker eine hohe Leistungseffizienz aufweist. Bei Verwendung eines Sendeleistungsverstärker mit hoher Leistungseffizienz wird der Energieverbrauch während einer Übertragung verringert und bei dem Gebrauch eines tragbaren Telefons kann eine Gesprächszeit verlängert werden.
Der zunehmende Verkehr ist in der Vergangenheit jedoch zu einem Problem in der Mobilkommunikation geworden.
Daher wird inzwischen auch ein Modulationssystem mit hoher Effizienz bezüglich der Frequenz verwendet. So wenden beispielsweise PDC (Personal Digital Cellular, Persönliches Digitales Mobiltelefon) und PHS (Personal Handyphone System, Persönliches Handy-Telefonsystem) in Japan π/4-verschobenes QPSK (Quarternary Phase Shifted Keying, Quarternäres Phasenverschobenes Umtastverfahren) an. Darüber hinaus wendet das CDMA-System (Code Division Multiple Access, Vielfachzugriff durch Codetrennung) QPSK oder versetztes QPSK an.
Diese Modulationssysteme werden als lineare Modulationssysteme bezeichnet, bei denen Informationen sowohl auf Amplitude als auch auf Phase übertragen werden. In derartigen Systemen kann kein nichtlinearer Verstärker verwendet werden, da die Amplitude eines modulierten Signals in einem breiten Bereich variiert. Das heißt, dass ein Verstärker mit einer möglichst präzisen Linearität verwendet werden muss.
3 zeigt ein Beispiel für ein Ausgabespektrum bei Verwendung eines Verstärkers mit schlechter Linearität.
Eine dicke Linie in 3 stellt ein ursprüngliches Spektrum in einem linearen Modulationssystem dar. Falls ein moduliertes Signal einen Verstärker mit schlechter Linearität passiert, werden durch den Einfluss der Verzerrung dritter Ordnung des Verstärkers Störsignale mit einer Bandbreite, die zum Beispiel drei Mal so breit ist wie die des ursprünglichen Signals (oder Verzerrungskomponenten der dritten Ordnung) erzeugt, die durch eine gestrichelte Linie dargestellt sind.
In einem solchen Fall, in dem die Störsignale erzeugt werden, verschlechtert sich das ACPR (Adjacent Channel Power Ratio, Nachbarkanal-Leistungsverhältnis), und folglich wird die Leistung in der Frequenzanwendung trotz der Verwendung eines linearen Modulationssystems mit hoher Leistung in der Frequenzanwendung verringert. Dieses Phänomen wird als Spektrumsregeneration bezeichnet.
Zur Vermeidung dieses Phänomens ist es nötig, einen Verstärker dazu zu veranlassen, in einem Bereich zu arbeiten, in dem seine Linearität präzise genug ist.
Je besser jedoch die Linearität eines Verstärkers ist, um so mehr Energie verbraucht der Verstärker und um so geringer wird seine Leistungseffizienz.
Linearisierer, wie beispielsweise Vorverzerrer, wurden als ein Mittel entwickelt, um ein derartiges Problem zu verringern. Dies bedeutet, dass eine Gegenmaßnahme für dieses Problem die Verwendung eines Verstärkers mit hoher Leistungseffizienz und schlechter Linearität und eines Vorverzerrers zur Kompensation der schlechten Linearität ist, wodurch die Störleistungen an Nachbarkanäle unterdrückt werden.
4 zeigt ein Beispiel für eine Verzerrung eines Sendeleistungsverstärkers.
Wie in 4 gezeigt, verringert sich bei ansteigendem Eingabepegel ein Verstärkungsfaktor allmählich, und Eingangs-Ausgangs-Merkmale weichen allmählich von einer geraden Linie ab und sind schließlich gesättigt. Darüber hinaus weichen die Phasenmerkmale ab einem Punkt nahe des Beginns der Abweichung der Eingangs-Ausgangs-Merkmale von der Geraden von einer bestimmten Konstanten ab.
Ein Eingangssignal ist eine komplexe Zahl mit einer Amplitude und einem Winkel (oder einer Phase) und wird dargestellt als: Sr = (Ir + jQr)exp(j27πfct)mit
I_r: eine phasengleiche Komponente eines Basisbandsignals
Q_r: eine Quadraturkomponente des Basisbandsignals
f_c: Trägerfrequenz
In diesem Fall, in dem S_r als Repräsentation eines Basisbandsignals betrachtet wird, wird der Exponentialteil weggelassen, und das Basisbandsignal wird dargestellt als: Sr = 2r + jQr.
Falls das Signal S_r in einen Verstärker eingegeben wird, wird der Ausgangspegel aufgrund der Verzerrung zu |S_o|', obwohl der Ausgangspegel ursprünglich |S_o| sein sollte. Darüber hinaus verschiebt sich die Phase um θ₁. Diese Beziehung erzeugt die Spektrumsregeneration, die das ACPR verschlechtert.
Ein Vorverzerrer kann das oben genannte Problem effizient vermeiden. Um den Verstärker zur Ausgabe des Ausgangspegels S_o zu veranlassen, ist es nötig, dem Verstärker die Eingabe S_p zu liefern, die vorläufig anstelle der Eingabe S_r berechnet wurde.
5 zeigt eine komplexe Ebene zur Erläuterung der Kompensation einer Verzerrung, die durch den Vorverzerrer durchgeführt wird.
Wie in 5 gezeigt, muss der Vorverzerrer das Signal S_p erzeugen, dessen Amplitude in Anbetracht der Sättigung der Eigenschaften des Verstärkers höher ist als die des Signals S_r, und dessen Phase θ₂ eine Richtung zum Abbruch der Phasenverdrehung aufweist.
6 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Formulierung der in 5 gezeigten Verzerrungskompensation.
In 6 steht G für die Eingangs-Ausgangs-Eigenschaften des Verstärkers und F für die Eingangs-Ausgangs-Eigenschaften eines Vorverzerrers. Sowohl G als auch F beinhalten Phasen und werden durch komplexe Zahlen dargestellt.
Aus 6 ist ersichtlich, dass das vorverzerrte Signal S_p dargestellt wird als: Sp = F(|Sr|)·Sr.
Es ist ersichtlich, dass F nur durch die Amplitude von S_r oder den absoluten Wert von S_r bestimmt wird. Die Ausgabe S_o des Verstärkers wird dargestellt als: So = G(|Sp|)·SP = G{|F(|Sr|·Sr|}·F(|Sr|)·Sr.
Um eine lineare Beziehung zwischen S_o und S_r herzustellen, muss die folgende Gleichung erfüllt werden: G{|F(|Sr|·Sr|}·F(|Sr|) = C = konstant.
Werden ein objektiver Wert von C, die Merkmale G des Vestärkers und das Eingangssignal S_r festgestellt, so wird die Vorverzerrungsfunktion F durch Verwendung der obenstehenden Gleichung bestimmt. Die Funktion F wird dabei durch eine komplexe Zahl oder durch einen Realteil Re und einen Imaginärteil Im dargestellt.
7 zeigt den Aufbau eines Beispiels für allgemeine adaptive Vorverzerrer. Hier kann ein Eingangssignal (oder ein Quellensignal) als komplexes Signal behandelt werden, das in einem Realteil über eine phasengleiche Komponente I_r mit Bezug auf einen Träger und in einem Imaginärteil über eine Quadraturkomponente Q_r mit Bezug auf den Träger verfügt.
Dieser herkömmliche Vorverzerrer weist Folgendes auf: die Verweistabelle 23, in der ein Realteil Re und ein Imaginärteil Im einer Vorverzerrungsfunktion gespeichert werden, und die auf die Amplitude des Eingangssignals, das als ihre Adresse verwendet wird, den Funktionswert F ausgibt; den komplexen Multiplizierer 20, der den Funktionswert F durch komplexe Multiplikation mit dem Eingangssignal multipliziert; den Digital-Analog-Wandler 21, der das Ergebnis der Multiplikation im komplexen Multiplizierer 20 in ein analoges Signal umwandelt und das analoge Signal ausgibt; den Quadratur-Modulator 22, der das vom Digital-Analogwandler 21 gelieferte Signal durch Quadraturmodulation moduliert und ein moduliertes Signal als ein RF-Signal (Funkfrequenz-Signal) ausgibt; den nichtlinearen Verstärker 11, der das Funkfrequenz-Signal verstärkt und ein verstärktes RF-Signal ausgibt; den Koppler 12, der das verstärkte RF-Signal in zwei RF-Signale in Nebenschluss aufteilt; die Antenne 13, die eines der vom Koppler 12 erzeugten Nebenschluss-Signale als Funkwelle sendet; den Quadratur-Demodulator 26, der das andere vom Koppler 12 erzeugte Nebenschluss-Signal durch Quadraturdemodulation demoduliert und ein demoduliertes Signal als komplexes Basisbandsignal ausgibt; den Analog-Digital-Wandler 25, der das Basisbandsignal in ein digitales Signal umwandelt und das digitale Signal ausgibt; und den Adaptionsschaltkreis 24, der das vom Analog-Digital-Wandler 25 ausgegebene digitale Signal mit dem Eingangssignal vergleicht und die Verweistabelle 23 in Übereinstimmung mit dem Ergebnis des Vergleichs aktualisiert.
In dem Vorverzerrer mit dem oben erläuterten Aufbau wird der Aufbau des Adaptionsschaltkreises 24 schwierig, da der Adaptionsschaltkreis 24 über eine Funktion zum Vergleichen des demodulierten Signals mit dem Eingangssignal verfügen muss, während die Synchronisierung und die Phase zwischen ihnen eingestellt wird. Darüber hinaus muss ein Übertragungspegel der Antenne 13 in Übereinstimmung mit dem Eingangssignal bestimmt werden.
Andererseits muss die Sendeleistung in einem Bereich variiert werden, dessen Breite im CDMA-System ganze 80 dB beträgt, um den Nah-Fern-Effekt zu lösen.
8 zeigt den Aufbau eines weiteren Beispiels für allgemeine adaptive Vorverzerrer.
Mit Bezug auf 8 weist dieser herkömmliche Vorverzerrer Folgendes auf: den Amplitudenberechnungsschaltkreis 15 zur Berechnung einer Amplitude eines Eingangssignals unter Verwendung der Komponenten I_r und Q_r des Eingangssignals, den ROM-Speicher 14, in dem ein Realteil Re und ein Imaginärteil Im einer Vorverzerrungsfunktion gespeichert sind, und der auf die Amplitude des Eingangssignals hin, die im Amplitudenberechnungsschaltkreis 15 berechnet und als eine Adresse von diesem verwendet wird, den Funktionswert F ausgibt; den komplexen Multiplizierer 20, der vier Multiplizierer 1 bis 4 und zwei Addierer 5 und 6 aufweist und die Funktion F durch komplexe Multiplikation mit dem Eingangssignal multipliziert; die Digital-Analog-Wandler 7 und 8, die die Ergebnisse der Multiplikation im komplexen Multiplizierer 20 in analoge Signale umwandeln und die analogen Signale ausgeben; den Quadratur-Modulator 9, der die von den Digital-Analog-Wandlern 7 und 8 ausgegebenen analogen Signale durch Quadraturmodulation moduliert und ein moduliertes Signal als ein RF-Signal ausgibt; den Regelverstärker 10, der das vom Quadratur-Modulator 9 ausgegebene RF-Signal mit einem Verstärkungsfaktor, der einem Verstärkungs-Steuersignal entspricht, das von außen geliefert wird, verstärkt und das verstärkte RF-Signal ausgibt; den nichtlinearen Verstärker 11, der das vom Regelverstärker 10 ausgegebene RF-Signal verstärkt und das darin verstärkte RF-Signal ausgibt; und die Antenne 13, die das vom nichtlinearen Verstärker 11 ausgegebene RF-Signal als Funkwelle sendet.
Im Vorverzerrer mit dem oben erläuterten Aufbau wird die Amplitude des Eingangssignals im Amplitudenberechnungsschaltkreis 15 unter Verwendung der Eingangskomponenten I_r und Q_r berechnet, der Funktionswert F wird vom ROM-Speicher 14 ausgegeben, wobei das Ergebnis der Berechnung als eine Adresse verwendet wird, und der so ausgegebene Funktionswert F und das aus den Komponenten I_r und Q_r bestehende Eingangssignal werden durch den komplexen Multiplizierer 20 miteinander multipliziert.
Hier wird ein Übertragungspegel von der Antenne 13 nicht nur durch das aus den Komponenten I_r und Q_r bestehende Eingangssignal sondern auch durch das in den Regelverstärker 10 eingegebene Verstärkungs-Steuersignal G_c bestimmt, da der Regelverstärker 10 zwischen dem Quadratur-Modulator 9 und dem nichtlinearen Verstärker 11 eingeschoben ist.
Der Nachteil bei letzterem herkömmlichen Vorverzerrer besteht darin, dass es unmöglich ist, eine Verzerrung präzise zu kompensieren, wenn das Verstärkungs-Steuersignal variiert, da ein Übertragungspegel von der Antenne 13 durch eine Amplitude des Eingangssignals und einen Verstärkungsfaktor des Regelverstärkers 10 bestimmt wird, und der Verstärkungsfaktor des Regelverstärkers 10 variiert, wenn das Verstärkungs-Steuersignal variiert.
Selbst wenn der Adaptionsschaltkreis 24 in letzteren herkömmlichen Vorverzerrer eingebaut wird, ist es äußerst schwierig, einen stabilen Adaptionsvorgang durchzuführen, da eine Vorverzerrung nur innerhalb einer kurzen Zeitdauer nötig ist, während ein Verstärkungsfaktor des Regelverstärkers 10 hoch ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben erwähnten Nachteile zu überwinden und hat dementsprechend die Aufgabe, einen Vorverzerrer bereitzustellen, der eine Verzerrung eines nichtlinearen Verstärkers sogar dann richtig kompensiert, wenn ein Verstärkungsfaktor eines Regelverstärkers variiert.
Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Vorverzerrer zur vorläufigen Kompensation einer Verzerrung bereitgestellt, welche Verzerrung in einem Schaltkreis mit einem Modulator, einem Regelverstärker und einem nichtlinearen Verstärker verursacht wird, wobei der Vorverzerrer Folgendes aufweist: einen Amplituden-Detektor zum Erfassen einer Amplitude eines Eingangssignals; einen Verstärkungs-Detektor zum Erfassen eines Verstärkungsfaktors des Regelverstärkers; einen ersten Multiplizierer zum Multiplizieren der Amplitude des Eingangssignals mit dem Verstärkungsfaktor der Regelverstärkung zur Ausgabe eines Produkts aus beiden; einen Generator zum Erzeugen einer Vorverzerrungsfunktion, die dem Produkt entspricht; und einen zweiten Multiplizierer zum Multiplizieren des Eingangssignals mit der Vorverzerrungsfunktion zur Ausgabe eines Produkts aus beiden an den Modulator.
Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur vorläufigen Kompensation einer in einem Schaltkreis verursachten Verzerrung bereitgestellt, wobei der Schaltkreis einen Modulator, einen Regelverstärker und einen nichtlinearen Verstärker aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: das Erfassen einer Amplitude eines Eingangssignals; das Erfassen eines Verstärkungsfaktors des Regelverstärkers; das Multiplizieren der Amplitude des Eingangssignals mit dem Verstärkungsfaktor der Regelverstärkung zur Ausgabe eines Produkts aus beiden; das Erzeugen einer Vorverzerrungsfunktion, die dem Produkt entspricht; und das Multiplizieren des Eingangssignals mit der Vorverzerrungsfunktion zur Ausgabe eines Produkts aus beiden an den Modulator.
Gemäß einem dritten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Sender bereitgestellt, der Folgendes aufweist: den Vorverzerrer des ersten Aspekts; einen Modulator zum Modulieren einer Ausgabe des Vorverzerrers; einen Regelverstärker zum Verstärken einer Ausgabe des Modulators; einen nichtlinearen Verstärker zum Verstärken einer Ausgabe des Regelverstärkers; und eine Antenne zum Senden einer Ausgabe des nicht linearen Verstärkers als Funkwelle.
Gemäß einem vierten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Funkübertragungsvorrichtung bereitgestellt, die den Sender des dritten Gesichtspunkts aufweist.
Diese und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Licht der folgenden ausführlichen Beschreibung ihrer optimalen Ausführungsformen gemäß den beigefügten Zeichnungen noch klarer.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm, das eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Vorverzerrers zeigt;
2 ist ein Blockdiagramm, das eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Vorverzerrers zeigt;
3 ist ein Spektrumsdiagramm, das ein Beispiel eines Ausgangsspektrums bei Verwendung eines Verstärkers mit schlechter Linearität zeigt;
4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Verzerrung eines Sendeleistungsverstärkers zeigt;
5 ist eine komplexe Ebene zur Erläuterung der durch einen Vorverzerrer durchgeführten Kompensation einer Verzerrung;
6 ist ein Blockdiagramm zur Erläuterung des Ansatzes der Kompensation der Verzerrung, wie sie in 5 gezeigt ist;
7 ist ein Blockdiagramm, das einen ersten herkömmlichen Vorverzerrer zeigt; und
8 ist ein Blockdiagramm, das einen zweiten herkömmlichen Vorverzerrer zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsformen werden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
[Erste Ausführungsform]
Wie in 1 gezeigt, weist diese Ausführungsform Folgendes auf: den Amplitudenberechnungsschaltkreis 15, der eine Amplitude eines Eingangssignals S_r berechnet, unter Verwendung eines Basisbandsignals I_r, das eine phasengleiche Komponente des Eingangssignals S_r im Hinblick auf einen Sendeträger ist und eines Basisbandsignals Q_r, das eine Quadraturkomponente des Eingangssignals S_r im Hinblick auf den Sendeträger ist; den ROM-Speicher 14, in dem ein Realteil Re und ein Imaginärteil Im einer Vorverzerrungsfunktion gespeichert sind, und der ein vorgegebenes Verzerrungs-Kompensations-Datenelement ausgibt; den komplexen Multiplizierer 20, der vier Multiplizierer 1 bis 4 und zwei Addierer 5 und 6 aufweist, und der das vom ROM-Speicher 14 ausgegebene Verzerrungs-Kompensations-Datenelement durch komplexe Multiplikation mit dem Eingangssignal S_r multipliziert; die Digital-Analog-Wandler 7 und 8, die ein Ergebnis der Multiplikation im komplexen Multiplizierer 20 in analoge Signale umwandeln und die analogen Signale ausgeben; den Quadratur-Modulator 9, der die von den Digital-Analog-Wandlern 7 und 8 ausgegebenen analogen Signale durch Quadraturmodulation moduliert und ein moduliertes Signal als ein RF-Signal ausgibt; den Regelverstärker 10, der das vom Quadratur-Modulator 9 ausgegebene RF-Signal mit einem Verstärkungsfaktor verstärkt, der einem von außen gelieferten Verstärkungs-Steuersignal entspricht, und der Regelverstärker 10 das verstärkte RF-Signal ausgibt; den nichtlinearen Verstärker 11, der das vom Regelverstärker 10 ausgegebene verstärkte RF-Signal verstärkt und ein darin verstärktes RF-Signal ausgibt; die Antenne 13, die das vom nichtlinearen Verstärker 11 ausgegebene RF-Signal als Funkwelle sendet; den Verstärkungsfaktor-Berechnungsschaltkreis 16, der das Verstärkungs-Steuersignal eingibt, das auch in den Regelverstärker 10 eingegeben wird, und der auf der Basis des Verstärkungs-Steuersignals den Verstärkungsfaktor des Regelverstärkers 10 berechnet; und den Multiplizierer 30, der die im Amplitudenberechnungsschaltkreis 15 berechnete Amplitude mit dem im Verstärkungsfaktor-Berechnungsschaltkreis 16 berechneten Verstärkungsfaktor multipliziert. Der ROM-Speicher 14 gibt das Verzerrungs-Kompensations-Datenelement auf das Ergebnis der Multiplikation im Multiplizierer 30 hin aus, das als dessen Adresse verwendet wird. Das Eingangssignal S_r ist hier eine komplexe Zahl, die aus einem Realteil I_r und einem Imaginärteil Q_r besteht.
Im Folgenden wird eine Betriebsweise des Vorverzerrers mit dem oben erläuterten Aufbau erklärt.
Der Amplitudenberechnungsschaltkreis 15 berechnet eine augenblickliche Amplitude |S_r| des Eingangssignals S_r, wenn das Eingangssignal S_r (oder der Realteil I_r und der Imaginärteil Q_r) an den Amplitudenberechnungsschaltkreis 15 geliefert wird (oder werden). |S_r| wird mit Hilfe der folgenden Gleichung berechnet: |Sr| = (Ir 2 + Qr 2)1/2
Der Verstärkungsfaktor-Berechnungsschaltkreis 16 berechnet darüber hinaus einen tatsächlichen wert A des Verstärkungsfaktors des Regelverstärkers 10 auf der Basis eines Wertes des von außen gelieferten Verstärkungs-Steuersignals G_c.
Der Multiplizierer 30 multipliziert die im Amplitudenberechnungsschaltkreis 15 berechnete augenblickliche Amplitude des Eingangssignals S_r mit dem im Verstärkungsfaktor-Berechnungsschaltkreis 16 berechneten Wert A des Verstärkungsfaktors des Regelverstärkers 10. Das Ergebnis X der Multiplikation wird als eine Adresse des ROM-Speichers 14 verwendet. Hier ergibt sich die Adresse X des ROM-Speichers 14 durch die folgende Gleichung und ist proportional zu einer augenblicklichen Amplitude einer Sendeleistung: X = A·|Sr| = A·(Ir 2 + Qr 2)1/2
Dann gibt der ROM-Speicher 14 das Verzerrungs-Kompensations-Datenelement, dessen Realteil Re und dessen Imaginärteil Im ist, auf die Adresse X hin aus.
Danach multipliziert der komplexe Multiplizierer 20 das Eingangssignal S_r durch komplexe Multiplikation mit dem vom ROM-Speicher 14 ausgegebenen Verzerrungs-Kompensations-Datenelement.
Hier ist das Ergebnis der Multiplikation im komplexen Multiplizierer 20 ein Signal S_p in Form einer komplexen Zahl, welches das derart in Amplitude und Phase kompensierte Eingangssignal Sr ist, dass eine Nichtlinearität des nichtlinearen Verstärkers 11 beseitigt wird. Durch die Multiplikation sieht das Signal Sp wie folgt aus:
Hier werden der Realteil Re und der Imaginärteil Im geschrieben als:
Re = α·cosθ
Im = α·sinθ
α: Amplitudenkompensationsfaktor
θ: Phasenkompensationsfaktor
Durch Einsetzen des obigen Gleichungspaars in die Gleichung für S_p wird S_p nun geschrieben als: Sp = Sr·α·exp(jθ).
Die obige Gleichung bedeutet, dass das kompensierte Signal Sp durch Multiplizieren des Eingangssignals S_r mit α in Amplitude und Verdrehen des Eingangssignals S_r um θ in Phase erhalten wird.
Der Realteil I_p und der Imaginärteil Q_p des kompensierten Signals SP werden wie folgt geschrieben: IP = Re·Ir – Im·Qr Qp = Re·Qr + Im·Ir
Der Realteil I_P und der Imaginärteil Q_p werden in den Digital-Analog-Wandlern 7 und 8 in analoge Signale und im Quadratur-Modulator 9 in ein RF-Signal umgewandelt.
Im CDMA-System ist eine präzise Steuerung der Sendeleistung nötig, um den Nah-Fern-Effekt zu lösen. Daher wird der Regelverstärker 10 zwischen dem Quadratur-Modulator 9 und dem nichtlinearen Verstärker 11 eingeschoben, um die Sendeleistung präzise zu steuern.
Das vom Quadratur-Modulator 9 ausgegebene RF-Signal wird im Regelverstärker 10 verstärkt, und der Verstärkungsfaktor des Regelverstärkers 10 wird durch das Verstärkungs-Steuersignal Gc gesteuert. Gewöhnlich besitzt das Verstärkungs-Steuersignal Gc eine Spannung oder einen Steuerwert, die einem dB-Wert des Verstärkungsfaktors des Regelverstärkers 10 entsprechen, beispielsweise dazu proportional sind.
Danach wird das im Regelverstärker 10 verstärkte Signal auch im nichtlinearen Verstärker 11 verstärkt und über die Antenne 13 gesendet.
Hier werden sowohl eine Amplitudenverzerrung als auch eine Phasenverzerrung, die im nichtlinearen Verstärker 11 erzeugt werden, durch eine Amplitude eines Eingangssignals in den nichtlinearen Verstärker 11 festgestellt. Wenn also die Adresse X des ROM-Speichers 14 bestimmt wird, so wird auch die Verzerrung bestimmt. Das bedeutet, dass die Verzerrungs-Kompensations-Daten Re und Im für die Kompensation der Verzerrungen eindeutig bestimmt werden.
Falls die Adresse des ROM-Speichers 14 X ist, ist es daher angebracht, die Verzerrung des nichtlinearen Verstärkers 11 zu messen und die Verzerrungs-Kompensations-Daten Re und Im, die auf der Basis der Verzerrung erhalten werden, im Voraus als Daten in die Adresse X des ROM-Speichers 14 zu schreiben.
Wie oben erläutert, ist es gemäß dieser Ausführungsform möglich, eine angemessene Kompensation einer Verzerrung sogar dann zu erzielen, wenn ein Verstärkungsfaktor des Regelverstärkers 10 variiert, da ein Produkt aus einem Verstärkungsfaktor des Regelverstärkers 10 und einer Amplitude des Eingangssignals S_r, welches Produkt proportional zu einem augenblicklichen Pegel eines Eingangssignals des nicht linearen Verstärkers 11 ist, als eine Adresse des ROM-Speichers 14 verwendet wird, der ein verzerrungs-Kompensations-Datenelement ausgibt.
[Zweite Ausführungsform]
Die zweite Ausführungsform wendet ein anderes Verfahren zum Kompensieren einer Variation eines Verstärkungsfaktors des Regelverstärkers 10 an.
Wie in 2 gezeigt, weist diese Ausführungsform Folgendes auf: den Amplitudenberechnungsschaltkreis 15, der eine Amplitude eines Eingangssignals S_r berechnet, unter Verwendung eines Basisbandsignals I_r, das eine phasengleiche Komponente des Eingangssignals S_r im Hinblick auf einen Sendeträger ist, und eines Basisbandsignals Q_r, das eine Quadraturkomponente des Eingangssignals S_r im Hinblick auf den Sendeträger ist; den ROM-Speicher 14, in dem ein Realteil Re und ein Imaginärteil Im einer Vorverzerrungsfunktion gespeichert sind, und der ein vorgegebenes Verzerrungs-Kompensations-Datenelement ausgibt; den komplexen Multiplizierer 20, der vier Multiplizierer 1 bis 4 und zwei Addierer 5 und 6 aufweist, und der ein vom ROM-Speicher 14 ausgegebenes Verzerrungs-Kompensations-Datenelement durch komplexe Multiplikation mit dem Eingangssignals S_r multipliziert; die Digital-Analog-Wandler 7 und 8, die ein Ergebnis der Multiplikation im komplexen Multiplizierer 20 in analoge Signale umwandeln und die analogen Signale ausgeben; den Quadratur-Modulator 9, der die von den Digital-Analog-Wandlern 7 und 8 ausgegebenen analogen Signale durch Quadraturmodulation moduliert und ein moduliertes Signal als ein RF-Signal ausgibt; den Regelverstärker 10, der das vom Quadratur-Modulator 9 ausgegebene RF-Signal mit einem Verstärkungsfaktor verstärkt, der einem von außen gelieferten Verstärkungs-Steuersignal entspricht, und der Regelverstärker 10 das verstärkte RF-Signal ausgibt; den nichtlinearen Verstärker 11, der das vom Regelverstärker 10 ausgegebene verstärkte RF-Signal verstärkt und ein darin verstärktes RF-Signal ausgibt; den Koppler 12, der das vom nichtlinearen Verstärker 11 ausgegebene verstärkte RF-Signal in zwei RF-Signale in Nebenschluss aufteilt; die Antenne 13, die eines der vom Koppler 12 erzeugten Nebenschluss-Signale als Funkwelle sendet; den Wellendetektor 19, der das andere vom Koppler 12 erzeugte Nebenschluss-Signal erfasst; das Tiefpassfilter 18, das eine vom Wellendetektor 19 erhaltene Spannung mit einer Sperrfrequenz filtert, die niedrig genug ist, um eine Variation der augenblicklichen Amplitude zu beseitigen, die Frequenz der Steuerung der Sendeleistung jedoch passieren zu lassen; den Analog-Digital-Wandler 17, der ein Signal, welches das Tiefpassfilter 18 passiert hat, in ein digitales Signal umwandelt und das digitale Signal ausgibt; den Verstärkungsfaktor-Berechnungsschaltkreis 16, der auf der Basis des vom Analog-Digital-Wandler 17 ausgegebenen digitalen Signals den Verstärkungsfaktor des Regelverstärkers 10 berechnet; und den Multiplizierer 30, der die im Amplitudenberechnungsschaltkreis 15 berechnete Amplitude mit dem im Verstärkungsfaktor-Berechnungsschaltkreis 16 berechneten Verstärkungsfaktor multipliziert. Der ROM-Speicher 14 gibt das Verzerrungs-Kompensations-Datenelement auf das Ergebnis der Multiplikation im Multiplizierer 30 hin aus, das als dessen Adresse verwendet wird.
In dem Vorverzerrer mit dem oben erläuterten Aufbau wird das vom nichtlinearen Verstärker 11 ausgegebene Signal durch den Koppler 12 in zwei Signale in Nebenschluss aufgeteilt, wobei eines der beiden Signale in den Wellendetektor 19 eingegeben und von diesem erfasst wird.
Im Tiefpassfilter 18 wird die im Wellendetektor 19 erhaltene Spannung mit der oben erwähnten Sperrfrequenz gefiltert. Die so erhaltene Spannung ist in etwa proportional zur durchschnittlichen Ausgangsamplitude des nichtlinearen Verstärkers 11.
Das Signal, welches das Tiefpassfilter 18 passiert hat, wird durch den Analog-Digital-Wandler 17 in das digitale Signal umgewandelt; danach wird im Verstärkungsfaktor-Berechnungsschaltkreis 16 ein Verstärkungsfaktor-Kompensationswert A berechnet.
Anders als in der ersten Ausführungsform ist in der zweiten Ausführungsform eine Umwandlung von einem dB-Wert in einen tatsächlichen Wert in Verbindung mit dem Verstärkungsfaktor des Regelverstärkers 10 unnötig, da die Ausgabe des Analog-Digital-Wandlers 17 in etwa proportional zur durchschnittlichen Ausgangsamplitude des nichtlinearen Verstärkers 11 ist.
Danach multipliziert der Multiplizierer 30 den im Verstärkungsfaktor-Berechnungsschaltkreis 16 berechneten Wert von A mit einer augenblicklichen Amplitude |S_r| des Eingangssignals S_r, um ein Produkt zu erhalten, das äquivalent zur Adresse X der ersten Ausführungsform ist. Das Produkt ist auch proportional zu einer augenblicklichen Amplitude der Sendeleistung.
Falls ein Verstärkungsfaktor des Regelverstärkers 10 oder irgend einem anderen Schaltkreis in Verbindung mit einer Änderung der Umgebungstemperatur variiert, ist es für die erste Ausführungsform schwierig, die Nichtlinearität des nichtlinearen Verstärkers 11 präzise zu kompensieren, während es in einem solchen Fall für die zweite Ausführungsform einfach ist, die Nichtlinearität des nichtlinearen Verstärkers 11 präzise zu kompensieren, so lange der Wellendetektor 19, das Tiefpassfilter 18 und der Analog-Digital-Wandler 17 stabil arbeiten, da es möglich ist, den Einfluss der Änderung der Umgebungstemperatur zu beseitigen. Im Grunde ist die Herstellung des stabilen Wellendetektors 19, Tiefpassfilters 18 und Analog-Digital-Wandlers 17 viel einfacher als die Herstellung des stabilen Regelverstärkers 10.
Wie oben erläutert ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, eine Nichtlinearität eines nichtlinearen Verstärkers sogar dann zu kompensieren, wenn ein Verstärkungsfaktor eines Regelverstärkers variiert, da ein Aufbau verwendet wird, in dem ein Verstärkungsfaktor des Regelverstärkers erhalten wird, der Verstärkungsfaktor mit einer Amplitude eines Eingangssignals multipliziert wird, um ein Produkt zu erhalten, das proportional zu einem augenblicklichen Eingabepegel des nichtlinearen Verstärkers ist, ein Wert einer Vorverzerrungfunktion in Übereinstimmung mit dem Produkt erhalten wird, und das Eingangssignal mit dem Wert der Vorverzerrungsfunktion vorverzerrt wird.
Wenn die vorliegende Erfindung auch mit Bezug auf ihre optimalen Ausführungsformen gezeigt und erläutert wurde, so sollte es für Fachleute in der Technik selbstverständlich sein, dass die oben aufgeführten und verschiedene andere Änderungen, Weglassungen, Hinzufügungen hinsichtlich Form und Detail vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert wird, abzuweichen.

Claims

Vorverzerrer zum vorläufigen Kompensieren einer in einem Schaltkreis verursachten Verzerrung, wobei der Schaltkreis einen Modulator, einen Regelverstärker und einen nicht linearen Verstärker umfasst, wobei der Verzerrer Folgendes aufweist: einen Amplituden-Detektor zum Erfassen einer Amplitude eines Eingangssignals; einen Verstärkungs-Detektor zum Erfassen einer Verstärkung des Regelverstärkers; einen ersten Multiplizierer zum Multiplizieren der Amplitude des Eingangssignals mit dem Verstärkungsfaktor der Regelverstärkung zur Ausgabe eines Produkts aus den beiden; einen Generator zum Erzeugen einer Vorverzerrungsfunktion, die dem Produkt entspricht; und einen zweiten Multiplizierer zum Multiplizieren des Eingangssignals mit der Vorverzerrungsfunktion zur Ausgabe einen Produkts aus den beiden an den Modulator.
Vorverzerrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungs-Detektor die Verstärkung des Regelverstärkers auf der Basis eines Verstärkungs-Steuersignals für den Regelverstärker erfasst.
Vorverzerrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungs-Detektor die Verstärkung des Regelverstärkers auf der Basis einer Ausgabe des nicht linearen Verstärkers erfasst.
Verstärker nach Anspruch 3, welcher weiter Folgendes aufweist: einen Koppler zum Erzeugen eines Nebenschluss-Signals aus einer Ausgabe des nicht linearen Verstärkers; einen Wellendetektor zum Erfassen des Nebenschluss-Signals zur Ausgabe eines erfassten Signals; und ein Tiefpassfilter zum Ausfiltern des erfassten Signals zur Ausgabe eines gefilterten Signals; dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungs-Detektor die Verstärkung des Regelverstärkers auf der Basis des gefilterten Signals erfasst.
Vorverzerrer nach Anspruch 4, welcher weiter Folgendes aufweist: einen zwischen dem Tiefpassfilter und dem Verstärkungs-Detektor eingeschobenen Analog-Digital-Wandler zum Umwandeln des gefilterten Signals in ein digitales Signal; dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungs-Detektor die Verstärkung des Regelverstärkers auf der Basis des digitalen Signals erfasst.
Vorverzerrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangssignal in einer komplexen Zahl dargestellt ist; der Amplituden-Detektor die Amplitude des Eingangssignals erfasst, indem er einen Realteil und einen Imaginärteil des Eingangssignals verwendet; der Generator die in einer komplexen Zahl dargestellte Vorverzerrungsfunktion erzeugt; es sich bei dem Multiplizierer um einem komplexen Multiplizierer handelt; und der Modulator ein Quadratur-Modulator ist.
Vorverzerrer nach Anspruch 6, welcher weiter Folgendes aufweist: zwei Analog-Digital-Wandler, die zwischen dem zweiten Multiplizierer und dem Modulator eingeschoben sind; dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangssignal in einer digitalen Zahl dargestellt ist; und der Amplituden-Detektor, der Verstärkungs-Detektor, der erste und der zweite Multiplizierer sowie der Generator digital arbeiten.
Vorverzerrer nach Anspruch 1, welcher ferner Folgendes aufweist: einen Digital-Analog-Wandler, der zwischen dem zweiten Multiplizierer und dem Modulator eingeschoben ist; dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangssignal in einer digitalen Zahl dargestellt ist; und der Amplituden-Detektor, der verstärkungs-Detektor, der erste und der zweite Multiplizierer sowie der Generator digital arbeiten.
Vorverzerrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator eine Verweistabelle aufweist.
Vorverzerrer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweistabelle einen Festwertspeicher aufweist.
Verfahren zum vorläufigen Kompensieren einer in einem Schaltkreis verursachten Verzerrung, wobei der Schaltkreis einen Modulator, einen Regelverstärker und einen nicht linearen Verstärker aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: das Erfassen einer Amplitude eines Eingangssignals; das Erfassen eines Verstärkungsfaktors des Regelverstärkers; das Multiplizieren der Amplitude des Eingangssignals mit dem Verstärkungsfaktor der Regelverstärkung zur Ausgabe eines Produkts aus den beiden; das Erzeugen einer Vorverzerrungsfunktion, die dem Produkt entspricht; und das Multiplizieren des Eingangssignals mit der Vorverzerrungsfunktion zur Ausgabe einen Produkts aus den beiden an den Modulator.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkung des Regelverstärkers auf der Basis eines Verstärkungs-Steuersignals für den Regelverstärker erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkung des Regelverstärkers auf der Basis eines Ausgangssignals des nicht linearen Verstärkers erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 13, welches weiter folgende Schritte aufweist: das Erzeugen eines Nebenschluss-Signals aus einer Ausgabe des nicht linearen Verstärkers; das Erfassen des Nebenschluss-Signals zur Ausgabe eines erfassten Signals; und das Ausfiltern des erfassten Signals zur Ausgabe eines gefilterten Signals; dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkung des Regelverstärkers auf der Basis des Filtersignals erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 14, welches weiter folgende Schritte aufweist: das Umwandeln des Filtersignals in ein digitales Signal; dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkung des Regelverstärkers auf der Basis des digitalen Signals erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangssignal in einer komplexen Zahl dargestellt ist; die Amplitude des Eingangssignals erfasst wird, indem ein Realteil und ein Imaginärteil des Eingangssignals verwendet werden; die Vorverzerrungsfunktion in einer komplexen Zahl dargestellt ist; der Schritt des Multiplizierens des Eingangssignals mit der Vorverzerrungsfunktion eine komplexe Multiplikation ist; und der Modulator ein Quadratur-Modulator ist.
Verfahren nach Anspruch 11, welches weiter den folgenden Schritt aufweist: das Umwandeln des Ergebnisses der Multiplikation des Eingangssignals mit der Vorverzerrungsfunktion in ein analoges Signal; dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangssignal in einer digitalen Zahl dargestellt ist; und der Schritt der Erfassung der Amplitude des Eingangssignals, der Schritt der Erfassung der Verstärkung des Regelverstärkers, der Schritt der Multiplikation der Amplitude des Eingangssignals mit der Verstärkung des Regelverstärkers, der Schritt der Erzeugung der Vorverzerrungfunktion, die dem Produkt entspricht; und der Schritt der Multiplikation des Eingangssignals mit der Vorverzerrungsfunktion digital ausgeführt werden.
Sender, welcher Folgendes aufweist: den vorverzerrer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, einen Modulator zum Modulieren einer Ausgabe des vorverzerrers; einen Regelverstärker zum verstärken der Ausgabe des Modulators; einen nicht linearen Verstärker zum Verstärken einer Ausgabe des Regelverstärkers; und eine Antenne zum Senden einer Ausgabe des nicht linearen Verstärkers als Funkwelle.
Funkübertragungsvorrichtung, welche den in Anspruch 18 beanspruchten Sender aufweist.